avfilter/dctdnoiz: remove forward declarations after previous commit
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_dctdnoiz.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2013-2014 Clément Bœsch
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * A simple, relatively efficient and slow DCT image denoiser.
23  *
24  * @see http://www.ipol.im/pub/art/2011/ys-dct/
25  *
26  * The DCT factorization used is based on "Fast and numerically stable
27  * algorithms for discrete cosine transforms" from Gerlind Plonkaa & Manfred
28  * Tasche (DOI: 10.1016/j.laa.2004.07.015).
29  */
30
31 #include "libavutil/avassert.h"
32 #include "libavutil/eval.h"
33 #include "libavutil/opt.h"
34 #include "internal.h"
35
36 static const char *const var_names[] = { "c", NULL };
37 enum { VAR_C, VAR_VARS_NB };
38
39 typedef struct DCTdnoizContext {
40     const AVClass *class;
41
42     /* coefficient factor expression */
43     char *expr_str;
44     AVExpr *expr;
45     double var_values[VAR_VARS_NB];
46
47     int pr_width, pr_height;    // width and height to process
48     float sigma;                // used when no expression are st
49     float th;                   // threshold (3*sigma)
50     float *cbuf[2][3];          // two planar rgb color buffers
51     float *weights;             // dct coeff are cumulated with overlapping; these values are used for averaging
52     int p_linesize;             // line sizes for color and weights
53     int overlap;                // number of block overlapping pixels
54     int step;                   // block step increment (blocksize - overlap)
55     int n;                      // 1<<n is the block size
56     int bsize;                  // block size, 1<<n
57     void (*filter_freq_func)(struct DCTdnoizContext *s,
58                              const float *src, int src_linesize,
59                              float *dst, int dst_linesize);
60     void (*color_decorrelation)(float **dst, int dst_linesize,
61                                 const uint8_t *src, int src_linesize,
62                                 int w, int h);
63     void (*color_correlation)(uint8_t *dst, int dst_linesize,
64                               float **src, int src_linesize,
65                               int w, int h);
66 } DCTdnoizContext;
67
68 #define MIN_NBITS 3 /* blocksize = 1<<3 =  8 */
69 #define MAX_NBITS 4 /* blocksize = 1<<4 = 16 */
70 #define DEFAULT_NBITS 3
71
72 #define OFFSET(x) offsetof(DCTdnoizContext, x)
73 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
74 static const AVOption dctdnoiz_options[] = {
75     { "sigma",   "set noise sigma constant",               OFFSET(sigma),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},            0, 999,          .flags = FLAGS },
76     { "s",       "set noise sigma constant",               OFFSET(sigma),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},            0, 999,          .flags = FLAGS },
77     { "overlap", "set number of block overlapping pixels", OFFSET(overlap),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=-1}, -1, (1<<MAX_NBITS)-1, .flags = FLAGS },
78     { "expr",    "set coefficient factor expression",      OFFSET(expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},                          .flags = FLAGS },
79     { "e",       "set coefficient factor expression",      OFFSET(expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},                          .flags = FLAGS },
80     { "n",       "set the block size, expressed in bits",  OFFSET(n),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=DEFAULT_NBITS}, MIN_NBITS, MAX_NBITS, .flags = FLAGS },
81     { NULL }
82 };
83
84 AVFILTER_DEFINE_CLASS(dctdnoiz);
85
86 static void av_always_inline fdct8_1d(float *dst, const float *src,
87                                       int dst_stridea, int dst_strideb,
88                                       int src_stridea, int src_strideb)
89 {
90     int i;
91
92     for (i = 0; i < 8; i++) {
93         const float x00 = src[0*src_stridea] + src[7*src_stridea];
94         const float x01 = src[1*src_stridea] + src[6*src_stridea];
95         const float x02 = src[2*src_stridea] + src[5*src_stridea];
96         const float x03 = src[3*src_stridea] + src[4*src_stridea];
97         const float x04 = src[0*src_stridea] - src[7*src_stridea];
98         const float x05 = src[1*src_stridea] - src[6*src_stridea];
99         const float x06 = src[2*src_stridea] - src[5*src_stridea];
100         const float x07 = src[3*src_stridea] - src[4*src_stridea];
101         const float x08 = x00 + x03;
102         const float x09 = x01 + x02;
103         const float x0a = x00 - x03;
104         const float x0b = x01 - x02;
105         const float x0c = 1.38703984532215*x04 + 0.275899379282943*x07;
106         const float x0d = 1.17587560241936*x05 + 0.785694958387102*x06;
107         const float x0e = -0.785694958387102*x05 + 1.17587560241936*x06;
108         const float x0f = 0.275899379282943*x04 - 1.38703984532215*x07;
109         const float x10 = 0.353553390593274 * (x0c - x0d);
110         const float x11 = 0.353553390593274 * (x0e - x0f);
111         dst[0*dst_stridea] = 0.353553390593274 * (x08 + x09);
112         dst[1*dst_stridea] = 0.353553390593274 * (x0c + x0d);
113         dst[2*dst_stridea] = 0.461939766255643*x0a + 0.191341716182545*x0b;
114         dst[3*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x10 - x11);
115         dst[4*dst_stridea] = 0.353553390593274 * (x08 - x09);
116         dst[5*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x10 + x11);
117         dst[6*dst_stridea] = 0.191341716182545*x0a - 0.461939766255643*x0b;
118         dst[7*dst_stridea] = 0.353553390593274 * (x0e + x0f);
119         dst += dst_strideb;
120         src += src_strideb;
121     }
122 }
123
124 static void av_always_inline idct8_1d(float *dst, const float *src,
125                                       int dst_stridea, int dst_strideb,
126                                       int src_stridea, int src_strideb,
127                                       int add)
128 {
129     int i;
130
131     for (i = 0; i < 8; i++) {
132         const float x00 = 1.4142135623731*src[0*src_stridea];
133         const float x01 = 1.38703984532215*src[1*src_stridea] + 0.275899379282943*src[7*src_stridea];
134         const float x02 = 1.30656296487638*src[2*src_stridea] + 0.541196100146197*src[6*src_stridea];
135         const float x03 = 1.17587560241936*src[3*src_stridea] + 0.785694958387102*src[5*src_stridea];
136         const float x04 = 1.4142135623731*src[4*src_stridea];
137         const float x05 = -0.785694958387102*src[3*src_stridea] + 1.17587560241936*src[5*src_stridea];
138         const float x06 = 0.541196100146197*src[2*src_stridea] - 1.30656296487638*src[6*src_stridea];
139         const float x07 = -0.275899379282943*src[1*src_stridea] + 1.38703984532215*src[7*src_stridea];
140         const float x09 = x00 + x04;
141         const float x0a = x01 + x03;
142         const float x0b = 1.4142135623731*x02;
143         const float x0c = x00 - x04;
144         const float x0d = x01 - x03;
145         const float x0e = 0.353553390593274 * (x09 - x0b);
146         const float x0f = 0.353553390593274 * (x0c + x0d);
147         const float x10 = 0.353553390593274 * (x0c - x0d);
148         const float x11 = 1.4142135623731*x06;
149         const float x12 = x05 + x07;
150         const float x13 = x05 - x07;
151         const float x14 = 0.353553390593274 * (x11 + x12);
152         const float x15 = 0.353553390593274 * (x11 - x12);
153         const float x16 = 0.5*x13;
154         const float x08 = -x15;
155         dst[0*dst_stridea] = (add ? dst[ 0*dst_stridea] : 0) + 0.25 * (x09 + x0b) + 0.353553390593274*x0a;
156         dst[1*dst_stridea] = (add ? dst[ 1*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x0f - x08);
157         dst[2*dst_stridea] = (add ? dst[ 2*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x0f + x08);
158         dst[3*dst_stridea] = (add ? dst[ 3*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x0e + x16);
159         dst[4*dst_stridea] = (add ? dst[ 4*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x0e - x16);
160         dst[5*dst_stridea] = (add ? dst[ 5*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x10 - x14);
161         dst[6*dst_stridea] = (add ? dst[ 6*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x10 + x14);
162         dst[7*dst_stridea] = (add ? dst[ 7*dst_stridea] : 0) + 0.25 * (x09 + x0b) - 0.353553390593274*x0a;
163         dst += dst_strideb;
164         src += src_strideb;
165     }
166 }
167
168
169 static void av_always_inline fdct16_1d(float *dst, const float *src,
170                                        int dst_stridea, int dst_strideb,
171                                        int src_stridea, int src_strideb)
172 {
173     int i;
174
175     for (i = 0; i < 16; i++) {
176         const float x00 = src[ 0*src_stridea] + src[15*src_stridea];
177         const float x01 = src[ 1*src_stridea] + src[14*src_stridea];
178         const float x02 = src[ 2*src_stridea] + src[13*src_stridea];
179         const float x03 = src[ 3*src_stridea] + src[12*src_stridea];
180         const float x04 = src[ 4*src_stridea] + src[11*src_stridea];
181         const float x05 = src[ 5*src_stridea] + src[10*src_stridea];
182         const float x06 = src[ 6*src_stridea] + src[ 9*src_stridea];
183         const float x07 = src[ 7*src_stridea] + src[ 8*src_stridea];
184         const float x08 = src[ 0*src_stridea] - src[15*src_stridea];
185         const float x09 = src[ 1*src_stridea] - src[14*src_stridea];
186         const float x0a = src[ 2*src_stridea] - src[13*src_stridea];
187         const float x0b = src[ 3*src_stridea] - src[12*src_stridea];
188         const float x0c = src[ 4*src_stridea] - src[11*src_stridea];
189         const float x0d = src[ 5*src_stridea] - src[10*src_stridea];
190         const float x0e = src[ 6*src_stridea] - src[ 9*src_stridea];
191         const float x0f = src[ 7*src_stridea] - src[ 8*src_stridea];
192         const float x10 = x00 + x07;
193         const float x11 = x01 + x06;
194         const float x12 = x02 + x05;
195         const float x13 = x03 + x04;
196         const float x14 = x00 - x07;
197         const float x15 = x01 - x06;
198         const float x16 = x02 - x05;
199         const float x17 = x03 - x04;
200         const float x18 = x10 + x13;
201         const float x19 = x11 + x12;
202         const float x1a = x10 - x13;
203         const float x1b = x11 - x12;
204         const float x1c = 1.38703984532215*x14 + 0.275899379282943*x17;
205         const float x1d = 1.17587560241936*x15 + 0.785694958387102*x16;
206         const float x1e = -0.785694958387102*x15 + 1.17587560241936*x16;
207         const float x1f = 0.275899379282943*x14 - 1.38703984532215*x17;
208         const float x20 = 0.25 * (x1c - x1d);
209         const float x21 = 0.25 * (x1e - x1f);
210         const float x22 = 1.40740373752638*x08 + 0.138617169199091*x0f;
211         const float x23 = 1.35331800117435*x09 + 0.410524527522357*x0e;
212         const float x24 = 1.24722501298667*x0a + 0.666655658477747*x0d;
213         const float x25 = 1.09320186700176*x0b + 0.897167586342636*x0c;
214         const float x26 = -0.897167586342636*x0b + 1.09320186700176*x0c;
215         const float x27 = 0.666655658477747*x0a - 1.24722501298667*x0d;
216         const float x28 = -0.410524527522357*x09 + 1.35331800117435*x0e;
217         const float x29 = 0.138617169199091*x08 - 1.40740373752638*x0f;
218         const float x2a = x22 + x25;
219         const float x2b = x23 + x24;
220         const float x2c = x22 - x25;
221         const float x2d = x23 - x24;
222         const float x2e = 0.25 * (x2a - x2b);
223         const float x2f = 0.326640741219094*x2c + 0.135299025036549*x2d;
224         const float x30 = 0.135299025036549*x2c - 0.326640741219094*x2d;
225         const float x31 = x26 + x29;
226         const float x32 = x27 + x28;
227         const float x33 = x26 - x29;
228         const float x34 = x27 - x28;
229         const float x35 = 0.25 * (x31 - x32);
230         const float x36 = 0.326640741219094*x33 + 0.135299025036549*x34;
231         const float x37 = 0.135299025036549*x33 - 0.326640741219094*x34;
232         dst[ 0*dst_stridea] = 0.25 * (x18 + x19);
233         dst[ 1*dst_stridea] = 0.25 * (x2a + x2b);
234         dst[ 2*dst_stridea] = 0.25 * (x1c + x1d);
235         dst[ 3*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x2f - x37);
236         dst[ 4*dst_stridea] = 0.326640741219094*x1a + 0.135299025036549*x1b;
237         dst[ 5*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x2f + x37);
238         dst[ 6*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x20 - x21);
239         dst[ 7*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x2e + x35);
240         dst[ 8*dst_stridea] = 0.25 * (x18 - x19);
241         dst[ 9*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x2e - x35);
242         dst[10*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x20 + x21);
243         dst[11*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x30 - x36);
244         dst[12*dst_stridea] = 0.135299025036549*x1a - 0.326640741219094*x1b;
245         dst[13*dst_stridea] = 0.707106781186547 * (x30 + x36);
246         dst[14*dst_stridea] = 0.25 * (x1e + x1f);
247         dst[15*dst_stridea] = 0.25 * (x31 + x32);
248         dst += dst_strideb;
249         src += src_strideb;
250     }
251 }
252
253 static void av_always_inline idct16_1d(float *dst, const float *src,
254                                        int dst_stridea, int dst_strideb,
255                                        int src_stridea, int src_strideb,
256                                        int add)
257 {
258     int i;
259
260     for (i = 0; i < 16; i++) {
261         const float x00 =  1.4142135623731  *src[ 0*src_stridea];
262         const float x01 =  1.40740373752638 *src[ 1*src_stridea] + 0.138617169199091*src[15*src_stridea];
263         const float x02 =  1.38703984532215 *src[ 2*src_stridea] + 0.275899379282943*src[14*src_stridea];
264         const float x03 =  1.35331800117435 *src[ 3*src_stridea] + 0.410524527522357*src[13*src_stridea];
265         const float x04 =  1.30656296487638 *src[ 4*src_stridea] + 0.541196100146197*src[12*src_stridea];
266         const float x05 =  1.24722501298667 *src[ 5*src_stridea] + 0.666655658477747*src[11*src_stridea];
267         const float x06 =  1.17587560241936 *src[ 6*src_stridea] + 0.785694958387102*src[10*src_stridea];
268         const float x07 =  1.09320186700176 *src[ 7*src_stridea] + 0.897167586342636*src[ 9*src_stridea];
269         const float x08 =  1.4142135623731  *src[ 8*src_stridea];
270         const float x09 = -0.897167586342636*src[ 7*src_stridea] + 1.09320186700176*src[ 9*src_stridea];
271         const float x0a =  0.785694958387102*src[ 6*src_stridea] - 1.17587560241936*src[10*src_stridea];
272         const float x0b = -0.666655658477747*src[ 5*src_stridea] + 1.24722501298667*src[11*src_stridea];
273         const float x0c =  0.541196100146197*src[ 4*src_stridea] - 1.30656296487638*src[12*src_stridea];
274         const float x0d = -0.410524527522357*src[ 3*src_stridea] + 1.35331800117435*src[13*src_stridea];
275         const float x0e =  0.275899379282943*src[ 2*src_stridea] - 1.38703984532215*src[14*src_stridea];
276         const float x0f = -0.138617169199091*src[ 1*src_stridea] + 1.40740373752638*src[15*src_stridea];
277         const float x12 = x00 + x08;
278         const float x13 = x01 + x07;
279         const float x14 = x02 + x06;
280         const float x15 = x03 + x05;
281         const float x16 = 1.4142135623731*x04;
282         const float x17 = x00 - x08;
283         const float x18 = x01 - x07;
284         const float x19 = x02 - x06;
285         const float x1a = x03 - x05;
286         const float x1d = x12 + x16;
287         const float x1e = x13 + x15;
288         const float x1f = 1.4142135623731*x14;
289         const float x20 = x12 - x16;
290         const float x21 = x13 - x15;
291         const float x22 = 0.25 * (x1d - x1f);
292         const float x23 = 0.25 * (x20 + x21);
293         const float x24 = 0.25 * (x20 - x21);
294         const float x25 = 1.4142135623731*x17;
295         const float x26 = 1.30656296487638*x18 + 0.541196100146197*x1a;
296         const float x27 = 1.4142135623731*x19;
297         const float x28 = -0.541196100146197*x18 + 1.30656296487638*x1a;
298         const float x29 = 0.176776695296637 * (x25 + x27) + 0.25*x26;
299         const float x2a = 0.25 * (x25 - x27);
300         const float x2b = 0.176776695296637 * (x25 + x27) - 0.25*x26;
301         const float x2c = 0.353553390593274*x28;
302         const float x1b = 0.707106781186547 * (x2a - x2c);
303         const float x1c = 0.707106781186547 * (x2a + x2c);
304         const float x2d = 1.4142135623731*x0c;
305         const float x2e = x0b + x0d;
306         const float x2f = x0a + x0e;
307         const float x30 = x09 + x0f;
308         const float x31 = x09 - x0f;
309         const float x32 = x0a - x0e;
310         const float x33 = x0b - x0d;
311         const float x37 = 1.4142135623731*x2d;
312         const float x38 = 1.30656296487638*x2e + 0.541196100146197*x30;
313         const float x39 = 1.4142135623731*x2f;
314         const float x3a = -0.541196100146197*x2e + 1.30656296487638*x30;
315         const float x3b = 0.176776695296637 * (x37 + x39) + 0.25*x38;
316         const float x3c = 0.25 * (x37 - x39);
317         const float x3d = 0.176776695296637 * (x37 + x39) - 0.25*x38;
318         const float x3e = 0.353553390593274*x3a;
319         const float x34 = 0.707106781186547 * (x3c - x3e);
320         const float x35 = 0.707106781186547 * (x3c + x3e);
321         const float x3f = 1.4142135623731*x32;
322         const float x40 = x31 + x33;
323         const float x41 = x31 - x33;
324         const float x42 = 0.25 * (x3f + x40);
325         const float x43 = 0.25 * (x3f - x40);
326         const float x44 = 0.353553390593274*x41;
327         const float x36 = -x43;
328         const float x10 = -x34;
329         const float x11 = -x3d;
330         dst[ 0*dst_stridea] = (add ? dst[ 0*dst_stridea] : 0) + 0.176776695296637 * (x1d + x1f) + 0.25*x1e;
331         dst[ 1*dst_stridea] = (add ? dst[ 1*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x29 - x11);
332         dst[ 2*dst_stridea] = (add ? dst[ 2*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x29 + x11);
333         dst[ 3*dst_stridea] = (add ? dst[ 3*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x23 + x36);
334         dst[ 4*dst_stridea] = (add ? dst[ 4*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x23 - x36);
335         dst[ 5*dst_stridea] = (add ? dst[ 5*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x1b - x35);
336         dst[ 6*dst_stridea] = (add ? dst[ 6*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x1b + x35);
337         dst[ 7*dst_stridea] = (add ? dst[ 7*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x22 + x44);
338         dst[ 8*dst_stridea] = (add ? dst[ 8*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x22 - x44);
339         dst[ 9*dst_stridea] = (add ? dst[ 9*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x1c - x10);
340         dst[10*dst_stridea] = (add ? dst[10*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x1c + x10);
341         dst[11*dst_stridea] = (add ? dst[11*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x24 + x42);
342         dst[12*dst_stridea] = (add ? dst[12*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x24 - x42);
343         dst[13*dst_stridea] = (add ? dst[13*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x2b - x3b);
344         dst[14*dst_stridea] = (add ? dst[14*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547 * (x2b + x3b);
345         dst[15*dst_stridea] = (add ? dst[15*dst_stridea] : 0) + 0.176776695296637 * (x1d + x1f) - 0.25*x1e;
346         dst += dst_strideb;
347         src += src_strideb;
348     }
349 }
350
351 #define DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(bsize)                                                        \
352 static av_always_inline void filter_freq_##bsize(const float *src, int src_linesize,        \
353                                                  float *dst, int dst_linesize,              \
354                                                  AVExpr *expr, double *var_values,          \
355                                                  int sigma_th)                              \
356 {                                                                                           \
357     unsigned i;                                                                             \
358     DECLARE_ALIGNED(32, float, tmp_block1)[bsize * bsize];                                  \
359     DECLARE_ALIGNED(32, float, tmp_block2)[bsize * bsize];                                  \
360                                                                                             \
361     /* forward DCT */                                                                       \
362     fdct##bsize##_1d(tmp_block1, src, 1, bsize, 1, src_linesize);                           \
363     fdct##bsize##_1d(tmp_block2, tmp_block1, bsize, 1, bsize, 1);                           \
364                                                                                             \
365     for (i = 0; i < bsize*bsize; i++) {                                                     \
366         float *b = &tmp_block2[i];                                                          \
367         /* frequency filtering */                                                           \
368         if (expr) {                                                                         \
369             var_values[VAR_C] = FFABS(*b);                                                  \
370             *b *= av_expr_eval(expr, var_values, NULL);                                     \
371         } else {                                                                            \
372             if (FFABS(*b) < sigma_th)                                                       \
373                 *b = 0;                                                                     \
374         }                                                                                   \
375     }                                                                                       \
376                                                                                             \
377     /* inverse DCT */                                                                       \
378     idct##bsize##_1d(tmp_block1, tmp_block2, 1, bsize, 1, bsize, 0);                        \
379     idct##bsize##_1d(dst, tmp_block1, dst_linesize, 1, bsize, 1, 1);                        \
380 }                                                                                           \
381                                                                                             \
382 static void filter_freq_sigma_##bsize(DCTdnoizContext *s,                                   \
383                                       const float *src, int src_linesize,                   \
384                                       float *dst, int dst_linesize)                         \
385 {                                                                                           \
386     filter_freq_##bsize(src, src_linesize, dst, dst_linesize, NULL, NULL, s->th);           \
387 }                                                                                           \
388                                                                                             \
389 static void filter_freq_expr_##bsize(DCTdnoizContext *s,                                    \
390                                      const float *src, int src_linesize,                    \
391                                      float *dst, int dst_linesize)                          \
392 {                                                                                           \
393     filter_freq_##bsize(src, src_linesize, dst, dst_linesize, s->expr, s->var_values, 0);   \
394 }
395
396 DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(8)
397 DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(16)
398
399 #define DCT3X3_0_0  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
400 #define DCT3X3_0_1  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
401 #define DCT3X3_0_2  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
402 #define DCT3X3_1_0  0.7071067811865475f /*  1/sqrt(2) */
403 #define DCT3X3_1_2 -0.7071067811865475f /* -1/sqrt(2) */
404 #define DCT3X3_2_0  0.4082482904638631f /*  1/sqrt(6) */
405 #define DCT3X3_2_1 -0.8164965809277261f /* -2/sqrt(6) */
406 #define DCT3X3_2_2  0.4082482904638631f /*  1/sqrt(6) */
407
408 static av_always_inline void color_decorrelation(float **dst, int dst_linesize,
409                                                  const uint8_t *src, int src_linesize,
410                                                  int w, int h,
411                                                  int r, int g, int b)
412 {
413     int x, y;
414     float *dstp_r = dst[0];
415     float *dstp_g = dst[1];
416     float *dstp_b = dst[2];
417
418     for (y = 0; y < h; y++) {
419         const uint8_t *srcp = src;
420
421         for (x = 0; x < w; x++) {
422             dstp_r[x] = srcp[r] * DCT3X3_0_0 + srcp[g] * DCT3X3_0_1 + srcp[b] * DCT3X3_0_2;
423             dstp_g[x] = srcp[r] * DCT3X3_1_0 +                        srcp[b] * DCT3X3_1_2;
424             dstp_b[x] = srcp[r] * DCT3X3_2_0 + srcp[g] * DCT3X3_2_1 + srcp[b] * DCT3X3_2_2;
425             srcp += 3;
426         }
427         src += src_linesize;
428         dstp_r += dst_linesize;
429         dstp_g += dst_linesize;
430         dstp_b += dst_linesize;
431     }
432 }
433
434 static av_always_inline void color_correlation(uint8_t *dst, int dst_linesize,
435                                                float **src, int src_linesize,
436                                                int w, int h,
437                                                int r, int g, int b)
438 {
439     int x, y;
440     const float *src_r = src[0];
441     const float *src_g = src[1];
442     const float *src_b = src[2];
443
444     for (y = 0; y < h; y++) {
445         uint8_t *dstp = dst;
446
447         for (x = 0; x < w; x++) {
448             dstp[r] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_0 + src_g[x] * DCT3X3_1_0 + src_b[x] * DCT3X3_2_0);
449             dstp[g] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_1 +                         src_b[x] * DCT3X3_2_1);
450             dstp[b] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_2 + src_g[x] * DCT3X3_1_2 + src_b[x] * DCT3X3_2_2);
451             dstp += 3;
452         }
453         dst += dst_linesize;
454         src_r += src_linesize;
455         src_g += src_linesize;
456         src_b += src_linesize;
457     }
458 }
459
460 #define DECLARE_COLOR_FUNCS(name, r, g, b)                                          \
461 static void color_decorrelation_##name(float **dst, int dst_linesize,               \
462                                        const uint8_t *src, int src_linesize,        \
463                                        int w, int h)                                \
464 {                                                                                   \
465     color_decorrelation(dst, dst_linesize, src, src_linesize, w, h, r, g, b);       \
466 }                                                                                   \
467                                                                                     \
468 static void color_correlation_##name(uint8_t *dst, int dst_linesize,                \
469                                      float **src, int src_linesize,                 \
470                                      int w, int h)                                  \
471 {                                                                                   \
472     color_correlation(dst, dst_linesize, src, src_linesize, w, h, r, g, b);         \
473 }
474
475 DECLARE_COLOR_FUNCS(rgb, 0, 1, 2)
476 DECLARE_COLOR_FUNCS(bgr, 2, 1, 0)
477
478 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
479 {
480     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
481     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
482     int i, x, y, bx, by, linesize, *iweights;
483     const int bsize = 1 << s->n;
484
485     switch (inlink->format) {
486     case AV_PIX_FMT_BGR24:
487         s->color_decorrelation = color_decorrelation_bgr;
488         s->color_correlation   = color_correlation_bgr;
489         break;
490     case AV_PIX_FMT_RGB24:
491         s->color_decorrelation = color_decorrelation_rgb;
492         s->color_correlation   = color_correlation_rgb;
493         break;
494     default:
495         av_assert0(0);
496     }
497
498     s->pr_width  = inlink->w - (inlink->w - bsize) % s->step;
499     s->pr_height = inlink->h - (inlink->h - bsize) % s->step;
500     if (s->pr_width != inlink->w)
501         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "The last %d horizontal pixels won't be denoised\n",
502                inlink->w - s->pr_width);
503     if (s->pr_height != inlink->h)
504         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "The last %d vertical pixels won't be denoised\n",
505                inlink->h - s->pr_height);
506
507     s->p_linesize = linesize = FFALIGN(s->pr_width, 32);
508     for (i = 0; i < 2; i++) {
509         s->cbuf[i][0] = av_malloc(linesize * s->pr_height * sizeof(*s->cbuf[i][0]));
510         s->cbuf[i][1] = av_malloc(linesize * s->pr_height * sizeof(*s->cbuf[i][1]));
511         s->cbuf[i][2] = av_malloc(linesize * s->pr_height * sizeof(*s->cbuf[i][2]));
512         if (!s->cbuf[i][0] || !s->cbuf[i][1] || !s->cbuf[i][2])
513             return AVERROR(ENOMEM);
514     }
515
516     s->weights = av_malloc(s->pr_height * linesize * sizeof(*s->weights));
517     if (!s->weights)
518         return AVERROR(ENOMEM);
519     iweights = av_calloc(s->pr_height, linesize * sizeof(*iweights));
520     if (!iweights)
521         return AVERROR(ENOMEM);
522     for (y = 0; y < s->pr_height - bsize + 1; y += s->step)
523         for (x = 0; x < s->pr_width - bsize + 1; x += s->step)
524             for (by = 0; by < bsize; by++)
525                 for (bx = 0; bx < bsize; bx++)
526                     iweights[(y + by)*linesize + x + bx]++;
527     for (y = 0; y < s->pr_height; y++)
528         for (x = 0; x < s->pr_width; x++)
529             s->weights[y*linesize + x] = 1. / iweights[y*linesize + x];
530     av_free(iweights);
531
532     return 0;
533 }
534
535 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
536 {
537     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
538
539     s->bsize = 1 << s->n;
540     if (s->overlap == -1)
541         s->overlap = s->bsize - 1;
542
543     if (s->overlap > s->bsize - 1) {
544         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Overlap value can not except %d "
545                "with a block size of %dx%d\n",
546                s->bsize - 1, s->bsize, s->bsize);
547         return AVERROR(EINVAL);
548     }
549
550     if (s->expr_str) {
551         int ret = av_expr_parse(&s->expr, s->expr_str, var_names,
552                                 NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
553         if (ret < 0)
554             return ret;
555         switch (s->n) {
556         case 3: s->filter_freq_func = filter_freq_expr_8;  break;
557         case 4: s->filter_freq_func = filter_freq_expr_16; break;
558         default: av_assert0(0);
559         }
560     } else {
561         switch (s->n) {
562         case 3: s->filter_freq_func = filter_freq_sigma_8;  break;
563         case 4: s->filter_freq_func = filter_freq_sigma_16; break;
564         default: av_assert0(0);
565         }
566     }
567
568     s->th   = s->sigma * 3.;
569     s->step = s->bsize - s->overlap;
570     return 0;
571 }
572
573 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
574 {
575     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
576         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
577         AV_PIX_FMT_NONE
578     };
579     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
580     return 0;
581 }
582
583 static void filter_plane(AVFilterContext *ctx,
584                          float *dst, int dst_linesize,
585                          const float *src, int src_linesize,
586                          int w, int h)
587 {
588     int x, y;
589     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
590     float *dst0 = dst;
591     const float *weights = s->weights;
592
593     // reset block sums
594     memset(dst, 0, h * dst_linesize * sizeof(*dst));
595
596     // block dct sums
597     for (y = 0; y < h - s->bsize + 1; y += s->step) {
598         for (x = 0; x < w - s->bsize + 1; x += s->step)
599             s->filter_freq_func(s, src + x, src_linesize,
600                                    dst + x, dst_linesize);
601         src += s->step * src_linesize;
602         dst += s->step * dst_linesize;
603     }
604
605     // average blocks
606     dst = dst0;
607     for (y = 0; y < h; y++) {
608         for (x = 0; x < w; x++)
609             dst[x] *= weights[x];
610         dst += dst_linesize;
611         weights += dst_linesize;
612     }
613 }
614
615 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
616 {
617     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
618     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
619     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
620     int direct, plane;
621     AVFrame *out;
622
623     if (av_frame_is_writable(in)) {
624         direct = 1;
625         out = in;
626     } else {
627         direct = 0;
628         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
629         if (!out) {
630             av_frame_free(&in);
631             return AVERROR(ENOMEM);
632         }
633         av_frame_copy_props(out, in);
634     }
635
636     s->color_decorrelation(s->cbuf[0], s->p_linesize,
637                            in->data[0], in->linesize[0],
638                            s->pr_width, s->pr_height);
639     for (plane = 0; plane < 3; plane++)
640         filter_plane(ctx, s->cbuf[1][plane], s->p_linesize,
641                           s->cbuf[0][plane], s->p_linesize,
642                           s->pr_width, s->pr_height);
643     s->color_correlation(out->data[0], out->linesize[0],
644                          s->cbuf[1], s->p_linesize,
645                          s->pr_width, s->pr_height);
646
647     if (!direct) {
648         int y;
649         uint8_t *dst = out->data[0];
650         const uint8_t *src = in->data[0];
651         const int dst_linesize = out->linesize[0];
652         const int src_linesize = in->linesize[0];
653         const int hpad = (inlink->w - s->pr_width) * 3;
654         const int vpad = (inlink->h - s->pr_height);
655
656         if (hpad) {
657             uint8_t       *dstp = dst + s->pr_width * 3;
658             const uint8_t *srcp = src + s->pr_width * 3;
659
660             for (y = 0; y < s->pr_height; y++) {
661                 memcpy(dstp, srcp, hpad);
662                 dstp += dst_linesize;
663                 srcp += src_linesize;
664             }
665         }
666         if (vpad) {
667             uint8_t       *dstp = dst + s->pr_height * dst_linesize;
668             const uint8_t *srcp = src + s->pr_height * src_linesize;
669
670             for (y = 0; y < vpad; y++) {
671                 memcpy(dstp, srcp, inlink->w * 3);
672                 dstp += dst_linesize;
673                 srcp += src_linesize;
674             }
675         }
676
677         av_frame_free(&in);
678     }
679
680     return ff_filter_frame(outlink, out);
681 }
682
683 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
684 {
685     int i;
686     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
687
688     av_free(s->weights);
689     for (i = 0; i < 2; i++) {
690         av_free(s->cbuf[i][0]);
691         av_free(s->cbuf[i][1]);
692         av_free(s->cbuf[i][2]);
693     }
694     av_expr_free(s->expr);
695 }
696
697 static const AVFilterPad dctdnoiz_inputs[] = {
698     {
699         .name         = "default",
700         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
701         .filter_frame = filter_frame,
702         .config_props = config_input,
703     },
704     { NULL }
705 };
706
707 static const AVFilterPad dctdnoiz_outputs[] = {
708     {
709         .name = "default",
710         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
711     },
712     { NULL }
713 };
714
715 AVFilter ff_vf_dctdnoiz = {
716     .name          = "dctdnoiz",
717     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Denoise frames using 2D DCT."),
718     .priv_size     = sizeof(DCTdnoizContext),
719     .init          = init,
720     .uninit        = uninit,
721     .query_formats = query_formats,
722     .inputs        = dctdnoiz_inputs,
723     .outputs       = dctdnoiz_outputs,
724     .priv_class    = &dctdnoiz_class,
725     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
726 };